STT-MRAM (Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory) ikinci nesil MRAM'dir (manyetik rastgele erişimli bellek). Temel avantajı, verimli bilgi yazımı elde etmek için spin akımı teknolojisinin kullanılmasında yatmaktadır. Depolama biriminin temel bileşeni, sadece birkaç nanometre kalınlığında manyetik olmayan bir izolasyon katmanı ile sandviçlenmiş farklı kalınlıklarda iki ferromanyetik katmandan oluşan ince tasarlanmış bir MTJ'dir (manyetik tünel bağlantısı). Bu benzersiz tasarım, STT-MRAM'i spin akımını hassas bir şekilde kontrol ederek veri yazma işlemlerini gerçekleştiren gelişmiş bir uçucu olmayan bellek haline getirmektedir.
STT-MRAM'in Çalışma Prensibi
Depolama birimi bir transistör, bir manyetik tünel bağlantısı (MTJ) ve bir bağlantı hattından oluşmaktadır. MTJ, sabit bir katman (güçlü manyetizma), manyetik olmayan bir izolasyon katmanı ve serbest katmanın manyetik momentinin kolayca tersine çevrilebildiği serbest bir katman (zayıf manyetizma) ile istiflenir. Transistör bir yer seçim anahtarı olarak kullanılır ve drenajı MTJ sabit katmanına bağlanır. Transistör kapı tarafından etkinleştirildiğinde, kaynak, drenaj, MTJ ve bit hattı kapalı bir devre oluşturur.
Bilgi yazarken, bit hattı ve ek yazma bilgi hattı sırasıyla yarı seçmeli yazma manyetik alanları üretir ve iki manyetik alan ortogonaldir. Yalnızca depolama hücresi seçildiğinde ve ek yazma bilgi hattı açıldığında, serbest katmanın manyetik momenti, sabit katmanın manyetik momentine paralel veya anti-paralel olan çift manyetik alan tarafından tersine çevrilir, bu da MTJ direncinde bir değişiklikle sonuçlanır ve böylece bilgi depolaması gerçekleştirilir.
Bilgi okunurken, seçilen bellek hücresinden küçük bir akım geçerek MTJ boyunca direnç durumunu yansıtan bir potansiyel fark oluşturur. Potansiyel farkı ölçerek, serbest katman ve sabit katmanın manyetik momentlerinin göreceli yönü tahribatsız olarak belirlenebilir ve böylece depolanan bilgi okunabilir.
（MTJ modundan sonraMRAM süreç akışı）
STT-MRAM özellikleri
- Beklenmedik elektrik kesintileri durumunda STT-MRAM'in doğasında bulunan uçucu olmayan bellek özelliği, müşterilerin yedek bir bataryaya ihtiyaç duymadan verilerini korumalarına olanak tanır.
- STT-MRAM'in hızlı okuma/yazma performansı, sistem okuma/yazma gecikmesini önemli ölçüde azaltarak uygulamaların yerinde yürütülmesini daha verimli hale getirir.STT-MRAM
- STT-MRAM, yüksek bant genişliği okuma-yazma ve uçucu olmayan özelliklere sahiptir ve bellek ve çalışan belleğin ikili işlevlerini oynayabilir; Yazma gecikmesi yok; Sistemin otomatik olarak kapanmasını gerçekleştirebilir.
- STT-MRAM bellek, ilk parti sevkiyatı yapılan yerli bağımsız bir üründür.
- Veri güvenliği önemli ölçüde güçlendirilerek, kurcalamaya karşı dayanıklı uygulamaların geliştirilmesi ve dağıtılması daha kolay hale getirilmiştir.
- SRAM+FLASH+EEPROM aynı anda değiştirilebilir.
STT-MRAM'in ortak bellek ile karşılaştırılması aşağıdaki gibidir:
Tablo 1:
| ITEM | STT-MRAM | FRAM | NVSRAM | TOGGLE-MRAM |
| Bellek türü | Voltil Olmayan | Voltil Olmayan | Voltil Olmayan | Voltil Olmayan |
| Yazma yöntemi | Aşırı Yazma | Aşırı Yazma | Aşırı Yazma | Aşırı Yazma |
| Yazma döngüsü | 25ns | 150ns | 25ns | 35ns |
| Okuma/yazma sayısı | 1E+13 | 1E+14 | 1E+7 | 1E+13 |
| Veri Yoğunluğu | Yüksek | Düşük | Düşük | Orta |
| Saklama süresi | >20 yıldan fazla | 10 yıl | 20 yıl | >20 yıldan fazla |
Tablo 2:
| ITEM | STT-MRAM | EEPROM | FLAŞ | SRAM | FRAM |
| Bellek Türü | Voltil Olmayan | Voltil Olmayan | Voltil Olmayan | Voltile | Voltil Olmayan |
| Yazma Yöntemi | Üzerine Yaz | Silme+Yazma | Silme+Yazma | Üzerine Yaz | Üzerine Yaz |
| Yazma Çevrim Süresi | 25ns | 10μs | 10μs | 5ns | 150ns |
| Okuma/Yazma Döngüsü | 1E+13 | 1E+6 | 1E+5 | sınırsız | 1E+14 |
| Güçlendirici Devresi | Hayır | Evet | Evet | Hayır | Hayır |
| Veri Yedekleme Pili | Hayır | Hayır | Hayır | Evet | Hayır |
Uygulama
Yıkıcı bir teknoloji olan STT-MRAM, tüketici elektroniği ve kişisel bilgisayarlardan otomotiv, medikal, askeri ve havacılık alanlarına kadar geniş bir yelpazede ürün performans ortamını kademeli olarak yeniden şekillendirmektedir. Bu da yarı iletken endüstrisinde yeni bir sayfa açıyor ve ürün inovasyon potansiyelini harekete geçiriyor.
Otomotiv endüstrisinde STT-MRAM, üstün okuma hızı, ultra düşük güç tüketimi ve yüksek yoğunluğu ile eFlash ve eSRAM'in çok ötesine geçerek otomotiv zekasını ve yüksek performansı teşvik etmede kilit bir güç haline gelmiştir. Taşınabilir cihazlar ve cep telefonu pazarı için STT-MRAM, çoklu çip paketlerinin (MCP) ortadan kaldırılması yoluyla bellek alt sistemlerini birleştirerek tasarımları basitleştirir, sistem güç tüketimini önemli ölçüde azaltır ve pil ömrünü büyük ölçüde uzatır.
Kişisel bilgisayar alanında, STT-MRAM güçlü ikame yetenekleri göstermektedir. İster SRAM için yüksek hızlı önbellek olarak hizmet versin, ister uçucu olmayan önbellek olarak flash belleğin yerini alsın, hatta yüksek hızlı program yürütmede PSRAM ve DRAM'in yerine geçsin, STT-MRAM performans avantajları sergiler. Dahası, çok sayıda gömülü uygulamada STT-MRAM yavaş yavaş NOR flash ve SRAM'in yerini alarak sistem performansını ve güvenilirliğini artırmak için yeni bir seçenek olarak ortaya çıkmaktadır.
